Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
flexghzflexghz
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Naukowcy dzięki modyfikowanym materiałom tworzą przełomowy sensor dźwięku

ghost666 10 Lis 2014 13:20 2517 3
  • Naukowcy dzięki modyfikowanym materiałom tworzą przełomowy sensor dźwiękuNaukowcy z Uniwersytetu Maryland (UMD) opracowali przełomową technologię, mającą służyć poprawie działania sensorów dźwięku. Wykorzystano sztucznie stworzone meta-materiały, pozwalające na zwiększenie możliwości tych sensorów.

    Sensory dźwięku, czyli sensory akustyczne, pełnią istotną rolę w szerokiej gamie aplikacji. Od sonarów nawigacyjnych i medycznych urządzeń do obrazowania naszego ciała do sensorów wykorzystywanych w monitorowaniu postępów terapii rakowej, sensory akustyczne są istotnym elementem urządzeń otaczających nas na co dzień. Jednakże używane dzisiaj sensory, takie jak na przykład sensory wykorzystywane w ultrasonografach, pozwalających na wykrywanie raka czy układy pozwalające na monitorowanie stanu konstrukcji stalowej mostu, są ograniczone. Głównym ograniczeniem dzisiejszych sensorów ultradźwiękowych jest znikoma możliwość wykrywania słabych sygnałów. Ich amplituda lokuje je poniżej granicy detekcji, co przekłada się na to, iż niemożliwe jest obrazowanie np. małych skupisk komórek rakowych czy też monitorowanie delikatnych śladów zużycia konstrukcji mostu. Najnowszy, spektakularny przykład ograniczeń tego typu układów to niemożność odnalezienie zagubionego samolotu lotu 370 Malezyjskich Linii Lotniczych na głębokich wodach Pacyfiku.

    Naukowcy z wydziału inżynierii mechanicznej UMD, pod kierownictwem profesora Miao Yu, próbują zmierzyć się z problemem ograniczenia sensorów akustycznych, poprzez wykorzystanie sztucznie zaprojektowanych materiałów, tak zwanych meta-materiałów. Ich zastosowanie ma za zadanie zwiększyć możliwości detekcji sygnałów dźwiękowych przez te sensory. W Nature Communications opublikowany został artykuł o przełomowym odkryciu naukowców z Maryland. Ich artykuł pod tytułem "Enhanced Acoustic Sensing through Wave Compression and Pressure Amplification in Anisotropic Metamaterials" (ang. Zwiększenie czułości sensorów akustycznych poprzez wykorzystanie kompresji fal i wzmocnienia ciśnienia w anizotropowych meta-materiałach) ukazał się 15 października.

    Jakkolwiek meta-materiały odnalazły swoje zastosowanie w aplikacjach takich jak płaszcze zapewniające niewidzialność, izolatory dźwiękowe czy absorbery akustyczne, zespół pod kierownictwem profesora Yu jako pierwszy pokazał, iż meta-materiały mogą zostać wykorzystane także do poprawy detekcji dźwięku.

    Zespół naukowców z UMD stworzył nowy rodzaj sensora akustycznego, który wykorzystuje specjalnie zaprojektowany meta-materiał. Rolą tego materiału jest zwiększenie poziomu detekcji sygnału akustycznego, dzieje się to dzięki strukturze meta-materiału, który umożliwia kompresję i wzmacnianie fal dźwiękowych zanim dotrą one do sensora tak, że sensor ma zwiększoną możliwość wykrycia sygnału. Efektem tego procesu jest 'koncentracja' fal dźwiękowych na konwencjonalnym sensorze, wykorzystanym w systemie. Tego typu system pozwala na detekcję słabszych, cichszych sygnałów, które byłyby niedostępne w dzisiejszych urządzeniach, niewykorzystujących meta-materiałów.

    Naukowcy dzięki modyfikowanym materiałom tworzą przełomowy sensor dźwięku
    Zespół naukowców z UMD odpowiedzialny za opisywane badania (od lewej do prawej: Haijun Liu, Miao Yu, Yongyao Chen i Hyungdae Bae. Na zdjęciu zabrakło Michaela Reilly).


    Sensory akustyczne poprawione z pomocą meta-materiałów, mogą z łatwością odnaleźć swoje zainteresowanie na wielu polach aplikacji, takich jak nawigacja akustyczna, systemy komunikacyjne, badania strukturalne czy obrazowanie medyczne. Przykładowo - dzięki wykorzystaniu czulszej aparatury ultrasonograficznej, możliwe byłoby wykrywanie ognisk raka we wcześniejszym stadium, gdy guz jest jeszcze mały, z kolei zwiększona czułość w systemach sonarowych pozwoliłaby na lokalizowanie obiektów z większej odległości i na większej głębokości.

    Badania profesora Yu są częścią projektu ufundowanego przez Narodową Fundację Nauki w dziedzinie innowacji inżynierii cywilnej, mechaniki i wytwarzania. Projekt ma na celu badanie sposobu kontrolowania fal dźwiękowych z wykorzystaniem meta-materiałów. Zespół naukowy składa się, oprócz profesora Yu, z dr. Yongyao Chen, dr. Haijun Liu oraz dr. Hyungdae Bae, a także studenta UMD Michaela Reillygo.

    Naukowcy dzięki modyfikowanym materiałom tworzą przełomowy sensor dźwięku
    Schemat wzmacniacza akustycznego oparty o meta-materiał. Ciśnienie fali dźwiękowej pozwala na jej kompresję przestrzenną i wzmocnienie wewnątrz meta-materiału o odpowiednio dobranym współczynniku załamania i następnie na detekcję na klasycznym sensorze.


    Źródło:

    http://phys.org/news/2014-11-artificially-materials-breakthrough-sensors.html#jCp

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9501 postów o ocenie 7541, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • flexghzflexghz
  • #2
    iagre
    Poziom 35  
    ghost666 napisał:
    Ciśnienie fali dźwiękowej pozwala na jej kompresję przestrzenną i wzmocnienie

    Jaka jest różnica między kompresją fali akustycznej a jej wzmocnieniem? Lub inaczej: Czym różni się fala akustyczna skompresowana od fali akustycznej wzmocnionej?
  • flexghzflexghz
  • #3
    acsz
    Poziom 16  
    Kompresja fali, to inaczej ściskanie fali i poprzez jej ściśnięcie następuje wzrost amplitudy.

    To tak jakby baletnica obracając się wokół własnej osi z rozpiętymi ramionami, nagle przyciągnęła by je do tułowia powodując wzrost prędkości obrotów.
  • #4
    iagre
    Poziom 35  
    acsz napisał:
    Kompresja fali, to inaczej ściskanie fali

    Czyli zwiększenie jej częstotliwości?
    acsz napisał:
    poprzez jej ściśnięcie następuje wzrost amplitudy.

    Chyba kąt natarcia przebiegu fali?